Zašto grijač od titanskog omotača s toplinskom obradom nakon -zavarivanja na 600 stupnjeva u zraku pokazuje četverostruko višu stopu korozije u pukotinama u 5% oksalnoj kiselini na 80 stupnjeva u usporedbi sa -zavarenom cijevi?

PWHT grijača od titanovog plašta obično se provodi na 540-650 stupnjeva kako bi se smanjila zaostala naprezanja izazvana zavarivanjem. Debela, više-slojna oksidna ljuska stvara se na površini titana na 600 stupnjeva u zraku. Ta se ljuska sastoji od TiO2, Ti2O3 i TiO, a kisik je visoko obogaćen ispod nje stvarajući alfa-sloj. Ova oksidna ljestvica i alfa-slučaj kemijski su nestabilni u 5% oksalnoj kiselini (H₂C₂O₄) na 80 stupnjeva. Ljuska se lomi i ljušti u nekoliko pukotina. Oksalna kiselina prodire u te pukotine, koncentrirajući neprijateljske vrste i povećavajući lokalne stope korozije. Za-zavarena cijev u dekapiranom ili elektropoliranom površinskom stanju i bez PWHT oksida ima pasivni film koji je tanak, gust i otporan na stvaranje pukotina. To rezultira 4 puta povećanjem stope korozije u pukotinama u zračnim-PWHT cijevima u odnosu na-zavarene cijevi.

Mehanizam PWHT-induciranog ubrzanja pukotinske korozije

Titan se podvrgava paraboličnoj oksidaciji na zraku na 600 stupnjeva sa skalom od 2-5 µm. Kisik se otapa u metalu i formira površinski alfa-sloj kućišta dubok 50–150 µm. Ovaj sloj je krhak i ima koeficijent toplinske ekspanzije drugačiji od koeficijenta osnovnog metala. Tamo gdje se ohlađene mikro{10}}pukotine javljaju u kamencu. Kamenac se ne-otapa ravnomjerno u oksalnoj kiselini i otkriva alfa-slučaj. Alfa-kućište je anodno u odnosu na metal ispod i postavljene su galvanske ćelije. Napuknuta ljuska i izloženo alfa-kućište prirodne su pukotine i povećavaju stopu napada 3 do 5 puta u odnosu na čistu -zavarenu površinu. Rast pukotinske korozije prvenstveno je na kontaktu između alfa-kućišta i osnovnog metala.

Kvantitativne stope pukotinske korozije pod različitim uvjetima toplinske obrade nakon zavarivanja.

Kontrolirani testovi u 5% oksalnoj kiselini na 80 stupnjeva tijekom 500 sati korišteni su za određivanje stopa korozije u pukotinama za titan 2. stupnja u nekoliko okolnosti nakon-zavarivanja. Stopa korozije u pukotinama na vrhovima zavara iznosila je 0,08–0,15 mm/godišnje za -zavarenu, dekapiranu cijev bez PWHT-a i čistom površinom sa samo manjim napadima. Brzina za cijev koja je tretirana PWHT na 540 stupnjeva u zraku, što je rezultiralo laganim slamčastim oksidom, bila je 0,20–0,35 mm godišnje. To je bila dvostruka stopa za-zavareno stanje i djelomično otlomljenu ljusku. Cijev s PWHT na 600 stupnjeva u zraku i plavim ili ljubičastim oksidom ima brzinu od 0,35–0,65 mm/godišnje, četverostruko povećanje u odnosu na baznu liniju za-zavarivanja, te ozbiljno pucanje kamenca i pucanje. Cijev s PWHT na 650 stupnjeva u zraku, koja stvara sivi ili bijeli oksid, ima stopu od 0,60–1,20 mm godišnje, osam puta veću, s ozbiljnim ljuskama i pucanjem. Nasuprot tome, cijev s PWHT na 600 stupnjeva u inertnoj atmosferi argona ne pokazuje značajan oksid i ima brzinu od samo 0,06–0,12 mm/godišnje bez ubrzanja.

Učinak koncentracije oksalne kiseline i temperature na faktore ubrzanja

Faktor ubrzanja od -PWHT zraka približno je konstantan u rasponu koncentracija i temperatura oksalne kiseline. Brzina-zavarivanja u 5% oksalnoj kiselini na 60 stupnjeva iznosi 0,05–0,10 mm/godina, a brzina-PWHT na 600 stupnjeva je 0,20–0,40 mm/godina, faktor ubrzanja 4. Brzina-zavarivanja pri 5% oksalne kiseline i 80 stupnjeva je 0,08–0,15 mm/godišnje a brzina-PWHT zraka je 0,35–0,65 mm/godišnje, opet faktor 4. Brzina-zavarivanja je 0,15–0,25 mm/godina dok je brzina-PWHT-a 0,60–1,00 mm/godina na 10% oksalne kiseline i 80 stupnjeva, još uvijek faktor 4. Brzina-zavarivanja je 0,20-0,35 mm godišnje, a brzina PWHT-a zrakom je 0,80-1,50 mm godišnje pri 5% oksalne kiseline, uvjetima vrenja od 100 stupnjeva, pri ubrzanju 4×. Konstantni faktor implicira da PWHT dovodi do površinskog stanja koje potiče intrinzičnu korozivnost kiseline.

PWHT smjernice za upravljanje oksalnom kiselinom

Donja tablica daje preporuke za toplinsku obradu nakon{0}}zavarivanja (PWHT) za sprječavanje korozije u pukotinama u 5% oksalnoj kiselini na 80 stupnjeva kao funkciju potrebne PWHT temperature i dostupne atmosferske kontrole.

Potrebna PWHT temperatura Radna okolina Preporučena PWHT atmosfera nakon-PWHT obrade Očekivana stopa korozije pukotina (mm/godina)
Bilo koja 5% oksalna kiselina, argon od 80 stupnjeva (prihvatljiv je i vakuum) Ništa 0,06–0,12
Any 5 % oxalic acid 80 °C Air Pickling (HNO 3 /HF, 10 min) 0.08–0.15 540–600°C Oxalic acid Air (unavoidable) Pickling + electropolishing 0.10-0.18 >600°C Oxalic acid Air Not salvageable-replace tube >0.35
Nije potrebna PWHT Oksalna kiselina N/A Kiseljena površina 0,08–0,15
PWHT inženjerstvo – izvan kontrole atmosfere

Količina oštećenja na PWHT ovisi o kvaliteti titana. Stupanj 7 stvara usporedivu oksidnu ljestvicu, ali obogaćivanje kameni-metalnog kontakta s paladijem pruža određenu zaštitu od korozije ispod-kasenice, smanjujući faktor ubrzanja na 2-3 puta, za razliku od 4 puta. Postoji umjeren napredak u stupnju 12. Debljina stijenke nudi toleranciju na koroziju. Stijenka od 2,0 mm sa stopom korozije od 0,5 mm godišnje preživjet će 4 godine. Operacija dekapiranje 20% dušične kiseline plus 3% fluorovodične kiseline tijekom 5-10 minuta može ukloniti alfa-sloj kućišta i vratiti otpornost na koroziju skoro do stanja zavarivanja. Ako je toplinska obrada nakon zavarivanja na zraku neizbježna, cijev treba dekapirati nakon toplinske obrade.

Izrada informirane specifikacije

Za grijač plašta od titana za rad u 5% oksalnoj kiselini na 80 stupnjeva koji zahtijeva toplinsku obradu nakon -zavarivanja, navedite da se PWHT izvodi u inertnoj atmosferi (argon s kisikom manjim od 50 ppm) ili u vakuumu. Ako je -PWHT na bazi zraka neizbježan, odredite post-PWHT tretman dekapiranjem s najmanje 20% dušične kiseline + 3% fluorovodične kiseline na 50 stupnjeva tijekom 10 minuta uz temeljito ispiranje deioniziranom vodom. Svaku epruvetu koja pokazuje plavi, ljubičasti ili sivi oksid nakon kiseljenja treba baciti. Postojeći grijači koji su bili zračno-PWHT bez daljnjeg dekapiranje trebaju se kemijski očistiti s 10% limunskom kiselinom na 60 stupnjeva C tijekom 2 sata kako bi se uklonio labavi kamenac i kupon ispitati u oksalnoj kiselini da se potvrdi stopa korozije. Četverostruko povećanje stope korozije u pukotinama koje se događa u 5% oksalnoj kiselini na 80 stupnjeva spriječeno je reguliranjem PWHT okruženja i pružanjem odgovarajućeg post-tretmana.